上世紀30年代，英國學者威爾遜（Wilson）與法國學者埃爾斯特（Elster）和格特爾（Geitel）證實空氣負離子的存在，從此，人們對空氣負離子的研究經歷了近百年的發展、應用階段。經過科學家不斷的探索，空氣負離子在健康方面的諸多功能正慢慢改變人們的生活，空氣負離子亦被譽為“空氣維生素和生長素”，對人體健康十分有益，同時，空氣負離子對空氣污染物的凈化功能也使其已成為評價旅游環境空氣清潔程度的重要指標之一。
1. 空氣負離子的基本概念
當空氣分子受到外界條件如電離劑的作用后，獲得足夠的能量，而使原子核外圍的電子擺脫原子核的束縛而躍出軌道變成自由電子，使失去電子的中性分子或原子變成帶正電荷的離子；而躍出的自由電子很快地附著在某些氣體分子或原子（特別容易附著在氧分子或水分子上），成為空氣負離子（Aeroanion）。因此，空氣負離子就是帶負電荷的單個氣體分子和輕離子團的總稱。根據大地測量學和地理物理學國際聯盟大氣聯合委員會采用的理論，空氣負離子是O2-(H2O)n，或OH-(H2O)n，或CO4-(H2O)2。
空氣負離產生示意圖
空氣負離子的壽命是很短的，一般只有幾十秒至數分鐘。在人口眾多、工廠密集的城市、工礦區，空氣負離子的壽命會更短，僅有幾秒鐘。在森林、海濱、瀑布周圍，空氣負離子的壽命會稍長些，但也只有20分鐘左右。
2. 空氣負離子的產生機理
1) 地殼和大氣中的放射性物質的電離作用
巖石和土壤中含有鐳、鈾和釷等放射性元素。這些放射性元素會不斷地放射出α射線、β射線和γ射線。大氣中含有鐳、氡等微量放射性物質,它們主要來自地殼中的放射性物質。巖石和土壤中的放射性物質在與大氣進行氣體交換時,會從巖石和土壤中逸出。大氣中的放射性物質的電離作用,以α射線為,其次是γ射線和β射線,其電離率在近地面層可達到5I,因此大氣中的放射性物質是近地層大氣的主要電離源。
2) 宇宙射線和太陽紫外線的電離作用
宇宙射線是高能粒子流和它們在大氣中產生的放射性粒素。宇宙射線進入大氣后與空氣分子發生碰撞,會使高層大氣發生電離,也可能擊破原子核,將電子、中子、質子等釋放出來,而產生具有較大能量的次生粒子,它們又能使其它空氣分子發生電離,而形成“雪崩效應”。這種電離過程可一直到達中下層大氣。宇宙射線對大氣的電離作用,因高度的不同而異,在近地面層為2I,5km高度約為10I。太陽紫外線能直接使空氣離子化。但由于紫外線在穿過臭氧層時,大部分已被臭氧吸收,故它對30km以上的高層大氣的電離作用較大,而對低層大氣的電離作用較小。
具電離作用的放射性物質
3) 水的Lenard 效應
水的噴筒電效應
水的Lenard 效應,又稱噴筒電效應。由于水在跌落、噴射、噴濺和沖擊時,水滴因高速運動而斷裂,水分子被截斷后帶正電荷,周圍空氣分子帶負電荷；加之水的噴濺等作用帶去了空氣中的灰塵,對空氣起到了清潔作用；在清潔的空氣環境中,空氣負離子會不斷積累,從而使空氣中的負離子濃度增加。
4) 植物的“放電”和“光電效應”
大氣中存在電場,晴天地面上大氣電場的電勢差約為100v/m,由于某些植物的葉呈針狀等曲率半徑較小,具有“放電”的功能,使空氣發生電離,增加空氣負離子的濃度。植物葉片在短波紫外線的作用下,發生“光電效應”,可使空氣負離子濃度增加。
森林里植物多，空氣負離子濃度也高
所以，當我們在森林環境中感覺人非常舒服，已經因為森林里的空氣負離子水平較高,這是由于巖石和土壤中含放射性物質較多,山上宇宙射線和太陽紫外線較強,森林環境中的瀑布、溪流等流動水體較多,森林植物的“放電”和“光電效應”以及釋放出的芳香揮發性物質都能使空氣發生電離現象,并且森林具有降塵功能,使得空氣負離子濃度增加,而且壽命變長。有研究表明,森林環境中的空氣負離子濃度比城市室內可高出80~1600倍,平均濃度達1000~3000個/cm3。
此外,大氣環境中的很多物理過程,如閃電、雷暴、雪暴、火山爆發以及其它形式的放電現象等,都使空氣分子發生電離,一定程度上增加空氣負離子的濃度。
3. 空氣負離子的保健醫療作用
應用自然的或人工產生的空氣負離子治療和預防疾病的方法，稱為空氣負離子療法。目前在療養醫學界，空氣負離子不僅作為一種治療方法，而且作為一種保健手段正在廣泛應用。
空氣負離子的保健醫療作用主要包括以下7個方面：
l 空氣負離子能調節中樞神經系統的功能，使其興奮和抑制過程正常化。
l 空氣負離子能促進高血壓、冠心病和高脂血癥等疾病的康復。
l 空氣負離子具有增加血液中白蛋白，降低球蛋白，增加血紅細胞、紅細胞數，促進血液形態成分與物理特性恢復正常的作用。
l 空氣負離子能促進黏膜上纖毛運動，腺體分泌增加，平滑肌興奮性提高，換氣功能增強。對呼吸道、支氣管疾病、慢性鼻炎、鼻竇炎等具有輔助治療作用，且無任何副作用。
l 空氣負離子能提高機體的細胞免疫力和體液免疫力，增加血中抗體、補體、γ-球蛋白，提高淋巴細胞增殖能力，對淋巴細胞的存活有益。
l 空氣負離子具有降塵、抑菌、除菌、除臭等凈化空氣的功能。
l 空氣負離子具有消除疲勞、恢復體力的作用。
醫學研究表明，當空氣負離子濃度達到700個/cm3以上時，對人體具有保健作用；當達到10000個/cm3以上時，具有治療效果。
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